[发明专利]一种基于动态二级反馈调度的以太网设计方法

说明书

本发明涉及一种以太网总线网络实时性的设计方法，特别是一种基于动态二级反馈调度的以太网实时性设计方法。主要包括动态调度策略和自适应二级反馈调度策略两部分，以太网网络系统反应模式采用动态调度，它不仅包含了堆栈现有实时数据的实时状态，还包含了新的实时数据到达后的状态，确保以太网网络系统能够对变化的环境做出迅速的反应，使得以太网网络能够实时监控实时数据的动态要求，增加其总体实时性；自适应二级反馈调度策略结合了双循环队列优先级策略和堆栈分级策略，确保了实时数据的优先级能够得到满足。该方法可用于解决以太网网络实时数据由于碰撞、衰减、损耗等引起的以太网网络系统实时性问题，保障实时数据的传输。

技术领域

本发明涉及一种以太网总线网络实时性的设计方法，特别是一种基于动态二级反馈调度的以太网实时性设计方法。此方法可用于解决以太网网络实时数据由于碰撞、衰减、损耗等引起的以太网网络系统实时性问题，为以太网总线网络应用及其研究提供节能方法。

背景技术

以太网(Ethernet)是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准，其传输速率有10Mbit/s、100Mbit/s、1Gbit/s、10Gbit/s四种，能满足以太网快速、实时、可靠的控制要求，在动车组、地铁列车及城轨车辆等实时性要求较高的工业控制领域中得到了广泛的运用。然而以太网采用传统的CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测)介质访问控制方式，这决定了普通的以太网在实时性上具有不确定性。

为了提高以太网网络数据传输的实时性，保证其可靠性，进而达到提高以太网网络系统的实时性，需要对数据传输策略及理论进行分析，同时对实时性的影响因素以及性能指标进行分析。现有关键技术例如冗余技术、可靠性技术、总线供电、工业以太网实时性保障机制、功能安全等的研究都是基于此研究背景。

以太网网络实时性对网络性能的优化及系统设计具有十分重要影响。目前对以太网实时性的研究常见的有以下几种方法：1)基于拓扑结构来提高其实时性，例如改变以太网网络拓扑结构或增加节点数以及交换机个数来提高以太网网络的实时性；2)基于实时调度策略以改善其实时性，例如分组调度策略以及混合睡眠模式等；3)基于纯逻辑电路来保证其实时性等。然而现有的方法存在着各自的局限性，例如无法支持千兆以太网、抖动较大、不支持交叉通信等，这些都降低了数据传输的实时性。因此，如何提高以太网网络的实时性成为以太网领域所要解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有以太网网络存在的实时性问题，提供一种基于动态二级反馈调度的以太网设计方法，其由两个部分组成：动态调度策略和自适应二级反馈调度策略。以太网网络系统反应模式采用动态调度，它不仅包含了堆栈现有实时数据的实时状态，还包含了新的实时数据到达后的状态，从而确保以太网网络系统能够对变化的环境做出迅速的反应，使得以太网网络能够实时监控实时数据的动态要求，增加其总体实时性；自适应二级反馈调度策略结合了双循环队列优先级策略和堆栈分级策略，确保了实时数据的优先级能够得到满足。

针对传统以太网着重于监控现有数据的实时状态，忽略了对新来数据的监控，从而导致新来数据与原有数据产生冲突，发生抢占行为，使得本应实时传输的数据无法优先传输，只能等待抢占成功的非实时数据传输完毕。本发明提出了一种以太网动态调度策略模式，使以太网网络系统能够在调度环境和数据实时性存在不可预测扰动情况下对变化的环境做出迅速的反应。这种方法能够针对以太网网络所接收以及传输数据的不同产生更具有可靠性和操作性的决策方法，并且能够实时监控新数据和原有数据的现有情况，即当新数据到达、数据传输、数据传输成功、数据传输失败等状态发生时，系统可以通过动态调度得知各类数据现有状态，从而减少数据碰撞的几率，保证实时数据的传输，提高系统的实时性。